DE2128944C3 - Method and device for continuous regulation of the pH value - Google Patents
Method and device for continuous regulation of the pH valueInfo
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- G05D21/00—Control of chemical or physico-chemical variables, e.g. pH value
- G05D21/02—Control of chemical or physico-chemical variables, e.g. pH value characterised by the use of electric means
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur kontinuierlichen Regelung des pH-Wertes von Flüssigkeitsströmen unterschiedlicher Zusammensetzung und/oder unterschiedlicher Strömungsmenge durch adaptive Steuerung der Verstärkung der Regeleinrichtung und eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.The invention relates to a method for continuously regulating the pH of liquid flows different composition and / or different flow rate through adaptive control the gain of the control device and a device for carrying out this method.
Um eine zufriedenstellende Regelung ohne Schwingungen zu erreichen, ist es notwendig, die Reglerparameter an die Eigenschaften der Regelstrecke anzupassen. Die üblichen Regler besitzen für diesen Zweck Einstellknöpfe, an denen die Reglerverstärkung und ggf. auch das Zeitverhalten des Reglers von Hand eingestellt werden kann. Bei elektrischen Reglern erfolgt die Einstellung über veränderliche Widerstände oder Potentiometer. Günstige Einstellwerte ergeben sich aus bekannten Optimierungsregeln.In order to achieve a satisfactory control without oscillations, it is necessary to set the controller parameters adapt to the properties of the controlled system. The usual regulators have for this purpose Adjustment buttons with which the controller gain and, if necessary, the time behavior of the controller are set manually can be. In the case of electrical regulators, the setting is made using variable resistors or Potentiometer. Favorable setting values result from known optimization rules.
Bei einer gegebenen günstigen Reglereinstellung ist eine zufriedenstellende Regelung nur so lange möglich, wie die Verstärkung und das ZeitvefhHlten der Regelstrecke annähernd konstant bleiben. Andernfalls müssen die Reglerparameter nachgestellt werden. Bei nichtlinearer Kennlinie der Regelstrecke ändert sich die Regelstreckenverstärkung zusätzlich mit dem Sollwert, die Reglerverstärkung muß daher auch bei jeder Änderung des Sollwertes korrigiert werden.Given a favorable controller setting, satisfactory control is only possible as long as how the gain and the timing of the controlled system remain approximately constant. Otherwise the controller parameters must be readjusted. In the case of a non-linear characteristic of the controlled system, the changes Control system gain in addition to the setpoint, the controller gain must therefore also be used for each Change in the setpoint must be corrected.
Bei der kontinuierlichen pH-Wert-Regelung treten diese Schwierigkeiten ebenfalls auf: Die statische Kennlinie der pH-Wert-Regelstrecke ist ausgeprägt nichtlinear, ihre Form ist identisch mit der Titrations- karte. Die Steigung der Kennlinie entspricht dabei der Tegelstreckenverstärkung. Bei Änderung des Sollwertes (gewünschten pH-Wertes) ändert sich die Regelstreckenverstärkung und die Stabilität des Regelkreises ist gefährdet, wenn die Reglerparameter nicht nachgestellt werden.These difficulties also arise with continuous pH value control: The static characteristic curve of the pH value control system is markedly non-linear, its shape is identical to the titration card. The slope of the characteristic curve corresponds to the cone section gain. If the setpoint (desired pH value) is changed, the controlled system gain changes and the stability of the control loop is at risk if the controller parameters are not readjusted.
Außerdem ändert sich die Form und damit die Verstärkung der statischen Kennlinie in Abhängigkeit von der Zusammensetzung der durchströmenden Flüssigkeit und der Titrationsmittel. Zum Beispiel verflacht die Kennlinie mit einem größeren Anteil an Puffersalzen. Eine Änderung der Durchflußmenge ändert ebenfalls die Regelstreckenverstärkung. Auch in diesen Fällen müssen die Reglerparameter nachgestellt werden» um eine befriedigende Regelung zu sichern.In addition, the shape and thus the amplification of the static characteristic changes as a function of the curve on the composition of the flowing liquid and the titrant. For example the characteristic curve flattens with a larger proportion of buffer salts. A change in the flow rate also changes the controlled system gain. In these cases, too, the controller parameters must be readjusted are »to ensure a satisfactory settlement.
Um bei fest eingestellten Reglerparametern dennoch eine befriedigende pH-Wert-Regelung zu erhalten, sind verschiedene Maßnahmen vorgeschlagen worden: Reihenschaltung zweier Regelkreise, Kaskadenschaltung, Verdünnung des Titrationsmittels mit dem zu regelnden Flüssigkeitsstrom im Nebenschluß (Regelungstechnik, Bd. 2 [1954], S. 109-114), Störgrößenaufschaltung, Verwendung nichtlinearer Regler, Kompensation der Nichtlinearität durch ein zweites nichtlineares Glied, erweiterter Stellbereich durch Verwendung mehrerer Stellglieder, Verwendung großer Ausgleichbecken, Zusatz von Puffersalzen.In order to still achieve a satisfactory pH value control with permanently set controller parameters, various measures have been proposed: series connection of two control loops, cascade connection, Dilution of the titrant with the liquid flow to be controlled in the shunt (control technology, Vol. 2 [1954], pp. 109-114), feedforward control, use of non-linear controllers, compensation of Non-linearity through a second non-linear element, extended setting range through the use of several Actuators, use of large equalizing tanks, addition of buffer salts.
Die regelungstechnischen Maßnahmen versagen dann, wenn die Regelstreckenlinie nicht bekannt ist oder sich zeitlich erheblich ändert Die verfahrentechnischen Maßnahmen erfordern unter Umständen einen wirtschaftlich untragbaren Aufwand.The control measures fail if the controlled system is not known or changes significantly over time The procedural measures may require an economical one unacceptable expense.
Eine Abhilfe bieten die adaptiven Verfahren, die bisher vor allem in der Raumfahrt und in der Antriebstechnik angewendet werden. Bei diesen Verfahren werden die Reglerparameter selbsttätig von Kenngrößen der Regelstrecke so gesteuert daß immer eine befriedigende Regelung gewährleistet istA remedy offer the adaptive methods, which so far mainly in space travel and in the Drive technology are used. With this method, the controller parameters are automatically set by Parameters of the controlled system are controlled in such a way that satisfactory regulation is always guaranteed
Auch für die kontinuierliche pH-Wert-Regelung wurde von R. W. Peters in dem Aufsatz »Selbstanpassende pH-Wert-Regelung«, abgedruckt in Regelungstechnische Praxis und Prozeß-Rechentechnik 12 (1970); Seiten 10 bis 16, eine adaptive Steuerung vorgeschlagen. Dabei werden die Zeitparameter des Reglers von der Durchflußmenge gesteuert Diese Lösung hat jedoch den Nachteil, daß die Regierverstärkung fest eingestellt werden muß.R. W. Peters also wrote about continuous pH value regulation in the article »Self-adapting pH value control, printed in control engineering practice and process computing technology 12 (1970); Pages 10 to 16, an adaptive control proposed. The time parameters of the controller are controlled by the flow rate. However, this solution has the disadvantage that the control gain must be set permanently.
Es ist auch eine Lösung bekannt, bei der aus dem pH-Wert und der Menge des zu regelnden Flüssigkeitsstromes die notwendige Menge an Titrationmittel berechnet wird (H. S. Wilson und W. J. Wylupek, »Design of pH Control Systems«, Measurement and Control, Bd. 2, September 1969. S. 336-342). Bei der Berechnung wird eine nicht gepufferte statische Kennlinie vorausgesetzt Ist der zu regelnde Flüssigkeitsstrom jedoch gepuffert, so wird der berechnete Austritts-pH-Wert nicht erreicht. Diese Abweichung vom Sollwert wird benutzt, um über einen PI-Regler die Verstärkung der Titrationsmittelzugabe zu vergrößern.A solution is also known in which the necessary amount of titration agent is obtained from the pH value and the amount of the liquid flow to be regulated (H. S. Wilson and W. J. Wylupek, "Design of pH Control Systems", Measurement and Control, Vol. 2, September 1969. pp. 336-342). The calculation uses a non-buffered static Characteristic curve assumed If the liquid flow to be regulated is buffered, the calculated one is used Exit pH value not reached. This deviation from the setpoint is used to control the To increase the increase in the addition of titrant.
Ein Nachteil dieses Verfahrens liegt darin, daß nicht unterschieden wird, ob die pH-Abweichung am Austritt infolge Pufferwirkung erfolgt oder nur auf einer vorübergehenden Störung beruhtA disadvantage of this method is that it does not A distinction is made as to whether the pH deviation occurs at the outlet as a result of the buffer effect or only on one temporary disorder
Das Problem einer zeitlich veränderten Regelstrekkenkennlinie und damit einer veränderlichen Regelstreckenverstärkung tritt vor allem bei der kontinuierlichen pH-Wert-Regelung von Flüssigkeitsströmen unterschiedlicher Zusammensetzung und/oder unterschiedlicher Durchflußmenge, z. B. bei der Neutralisation von Abwasser auf. Da die Zusammensetzung des Abwassers unkontrolliert schwanken kann, ändert sich auch die Regelstreckenverstärkung in unvorhergesehener Weise, wobei sie sich im ungünstigsten Fall im Verhältnis 1 :100 ändern kann.The problem of a controlled system characteristic that changes over time and thus a variable controlled system gain occurs especially with the continuous pH regulation of liquid flows of different compositions and / or different Flow rate, e.g. B. in the neutralization of wastewater. Since the composition of the Wastewater can fluctuate in an uncontrolled manner, changes the controlled system gain in an unforeseen way, whereby it is in the worst case in Ratio 1: 100 can change.
Eine \2ränderliche Regelstreckenverstärkung tritt auch bei industriellen pH-Wert-Regelstrecken auf, wenn die Zusammensetzung oder der Durchfluß des Flüssigkeitsstromes nicht konstant gehalten werden. Dieses trifft z. B. bei der pH-Wert-geref elten Alaunzugabe in der Papierherstellung zu, wenn das Siebwasser im Kreislauf geführt wird und sich mit Puffersubstanzen anreichertA marginal controlled system gain occurs even in the case of industrial pH value control systems, if the composition or the flow rate of the Liquid flow are not kept constant. This applies e.g. B. with the pH-regulated alum addition in papermaking too, when the white water is circulated and filled with buffer substances enriches
Bei schwankender Zusammensetzung des Flüssigkeitsstromes ist es nicht denkbar, eine Ersatzgröße zu finden, die einen vorgegebenen funktioneilen Zusammenhang mit der Regelstreckenverstärkung besitzt und damit zur Parametersteuerung herangezogen werden kann.If the composition of the liquid flow fluctuates, it is not conceivable to use a substitute variable find that has a predetermined functional relationship with the controlled system gain and so that it can be used for parameter control.
Der vorliegenden Erfindung Hegt daher die Aufgabe zugrunde, bei der pH:Wert-Reg<;Iung von Flüssigkeitsströmen die Regelstreckenverstärkung kontinuierlich direkt zu messen und danach mittels adaptiver Steuerung die Verstärkung der Regeleinrichtung anzupassen.The present invention is therefore based on the object of continuously and directly measuring the control system gain in the pH: value control of liquid flows and then adapting the gain of the control device by means of adaptive control.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der gesamte Flüssigkeitsstrom oder ein proportionaler Teil davon in zwei Teilsitröme aufgeteilt wird, wobei in mindestens einen Teilstrom Titrationsmittel in konstanter, geringer Menge zugegeben wird, die entstehende pH-Wert-Differenz zwischen den Teilströmen gemessen und das verstärkte Signal zur Steuerung der Verstärkung der Regeleinrichtung benutzt wird.This object is achieved according to the invention in that the entire flow of liquid or a proportional Part of it is divided into two partial streams, with at least one partial stream titrant in constant, small amount is added, the resulting pH value difference between the substreams measured and the amplified signal is used to control the gain of the control device.
Die Verstärkung Vr der Regeleinrichtung bezieht sich auf alle Übertragungsglieder (z. B. Regler, Stellglied), die sich außerhalb der Regelstrecke im Regelkreis befinden. Sie ist das Produkt der Verstärkungen der einzelnen Regelkreisglieder außerhalb der Regelstrekke. Üblicherweise kann nur die Verstärkung des Reglers verstellt werden.The gain Vr of the control device relates on all transmission elements (e.g. controller, actuator), that are outside the controlled system in the control loop. It is the product of the reinforcements of the individual control loop elements outside the control system. Usually only the gain of the controller can be used adjusted.
Der Zustrom an Titrationsmittel soll so eingestellt sein, daß die entstehende pH-Wert-Differenz trotz Schwankungen der Zusammensetzung und der Durchlaufmenge einen bestimmten Grenzwert nicht unterschreitet, der durch den Fehler bei der Messung der pH-Wert-Differenz gegeben ist und bei etwa 4pH = 0,05 liegt.The inflow of titrant should be adjusted so that the resulting pH value difference despite Fluctuations in composition and flow rate does not fall below a certain limit value caused by the error in the measurement of the pH difference is given and at about 4pH = 0.05 lies.
Vorzugsweise wird zur pH-Wert-Änderung im Meßfühler für die Regelstreckenverstärkung in den einen Teilstrom ein saures und in den anderen Teilstrom ein basisches Titrationsmi'tt1 gegeben, wobei es sich in vielen Fällen emptiehti, ais. ι itrationsmittel für einen Teilstrom jeweils das gleiche wie für die eigentliche pH-Wert-Regelung zu verwenden, um den Einfluß des Titrationsmittels auf die Regelstreckenverstärkung zu berücksichtigen. Auch ist es günstig, wenn die beiden Teilströme gleich groß gehalten werden.Preferably, to change the pH value in the measuring sensor for the control system gain, an acidic titration agent 1 is added to one substream and a basic titration agent 1 to the other substream, and in many cases it is advisable as ais. ι itration agent to use the same for a partial flow as for the actual pH value control, in order to take into account the influence of the titration agent on the gain of the controlled system. It is also advantageous if the two partial flows are kept the same size.
Die Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht aus einem Rohr, das sich in zwei parallele Rohre verzweigt, die sich wieder vereinigen, wobei in jedem der parallelen Rohre in der Nähe des Strömungseintritts eine Dosiereinrichtung für ein Titrationsmittel und in der Nähe des Strömungsaustritts eine pH-Meßelektrode vorgesehen ist und die beiden pH-Meßelektroden über einen Differenzverstärker mit der Einstelleinrichtung an der Regeleinrichtung verbunden sind.The device for performing the invention Procedure consists of a pipe that branches into two parallel pipes that are again unite, with a metering device for in each of the parallel tubes in the vicinity of the flow inlet a titration agent and a pH measuring electrode is provided in the vicinity of the flow outlet and the two pH measuring electrodes via a differential amplifier with the setting device on the control device are connected.
Dabei ist es von Vorteil, wenn die Einstelleinrichtung an der Regeleinrichtung aus einem oder mehreren Heißleitern und/oder Kaltleitern besteht, die vom eingeprägten Ausgangsstrom des Differenzverstärkers geheizt werden.It is advantageous if the setting device on the control device consists of one or more NTC thermistors and / or PTC thermistors, which are derived from the impressed output current of the differential amplifier be heated.
Als pH-Meßelektroden werden vorzugsweise Glaselektroden eingesetzt, die gegeneinander geschaltet werden. Dadurch entfällt eine Bezugselektrode, deren Diaphragma wegen seiner Neigung zu Verstopfung und Veränderung seines Diffusionspotentials die hauptsächliehe Störungsquelle bei pH-Messungen istGlass electrodes which are connected to one another are preferably used as pH measuring electrodes will. This eliminates the need for a reference electrode, the diaphragm of which is due to its tendency to clog and Change in its diffusion potential is the main source of interference in pH measurements
Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen näher erläutert:The invention is explained in more detail with reference to the drawings:
F i g. 1 zeigt ein Prinzipschaltbild der vollständigen pH-Wert-Regelung nach vorliegender Erfindung;F i g. 1 shows a basic circuit diagram of the complete pH value control according to the present invention;
Fig.2 zeigt ein Schaltbild des Meßfühlers, der in F i g. 1 nur seiner Lage nach angedeutet ist;
F i g. 3 stellt ein Teilstück einer Titrationskurve dar;
Fig.4 zeigt ein Schaltbild für den Teil zwischen
Meßelektroden und Regeleinrichtung;FIG. 2 shows a circuit diagram of the sensor which is shown in FIG. 1 is only indicated according to its position;
F i g. 3 shows a portion of a titration curve;
4 shows a circuit diagram for the part between measuring electrodes and control device;
F i g. 5 zeigt ein Prinzipschaltbild für eine Ausführungsform der erfindungemäßen Vorrichtung.F i g. 5 shows a basic circuit diagram for an embodiment of the device according to the invention.
In Prinzipschaltbild der vollständigen pH-Wert-Regelung mit adaptiver Steuerung der Verstärkung der Regeleinrichtung gemäß Fig. 1 wird der pH Wert des Flüssigkeitsstromes 1 mit einer Elektrode 2 gemessen, und der Regler 3a gibt zur Korrektur des pH-Wertes über Stellglieder 4 und 5 das saure Titrationsmittel 6 oder das basische Titrationsmittel 7 zu. Ein Teil oder der ganze durchströmende Flüssigkeitsstrom 1 wird durch den in F i g. 2 näher erläuterten Meßfühler 8 geleitet und damit die Regelstreckenverstärkung V5 gemessen. Die für die pH-Wert-Regelung verwendeten Titrationsmittel 6 und 7 werden ebenfalls über die Pumpen 9 dem Meßfühler 8 zugeführt. Das Ausgangssignal des Meßfühlers 8 steuert über eine Anpassung 10 die Verstärkung der Regeleinrichtung 3.In the basic circuit diagram of the complete pH value control with adaptive control of the gain of the control device according to FIG. 1, the pH value of the liquid flow 1 is measured with an electrode 2, and the controller 3a provides the correction of the pH value via actuators 4 and 5 acidic titrant 6 or the basic titrant 7. Part or all of the liquid flow 1 flowing through is caused by the in FIG. 2 sensor 8 explained in more detail and thus measured the controlled system gain V 5. The titration agents 6 and 7 used for pH regulation are also fed to the sensor 8 via the pumps 9. The output signal of the sensor 8 controls the gain of the control device 3 via an adapter 10.
In Fig.2 wird der Meßfühler 8 der Fig. 1, der der direkten Messung der Regelstreckenverstärkung dient, näher erläutert. Der durchströmende Flüssigkeitsstrom I1 dessen pH-Wert geregelt werden soll, wird vollständig oder zu einem proportionalen Teil durch den Meßfühler geleitet. Der Meßfühler besteht aus einem Rohr 11, das sich in zwei vorzugsweise gleichgroße Rohre 12 und 13 verzweigt und so den durchströmendenIn FIG. 2, the measuring sensor 8 of FIG. 1, which is used for direct measurement of the controlled system gain, is explained in more detail. The flowing liquid flow I 1, the pH of which is to be regulated, is passed through the measuring sensor either completely or in proportion. The sensor consists of a tube 11, which branches into two preferably equally large tubes 12 and 13 and so the flowing through
Flüssigkeitsstrom teilt. Über Pumpen 9 wird ein konstanter geringer Mengenstrom des sauren Titrationsmittels
6 und/oder des basischen Titrationsmntels 7 in die Teilströme 14 und 15 eingespeist. Nach einer
angemessenen Reaktionsstrecke 16 wird mit zwei pH-Meßelektroden 17 und 18 die verursachte pH-Wert-Differenz
zlpH zwischen den beiden Teilströmen gemessen. Anschließend werden die beiden Teilströme
14 und 15 wieder zusammengeführt.
In F i g. 3 wird an einem Teilstück einer Titrationskurve 19 gezeigt, daß die gemessene pH-Wert-Differenz
4pH näherungsweise der Steigung der Titrationskurve 19 und damit der Regelstreckenverstärkung proportional
ist, welche durch die Tangente 20 im Arbeitspunkt A Liquid flow divides. A constant low volume flow of the acidic titration agent 6 and / or the basic titration agent 7 is fed into the substreams 14 and 15 via pumps 9. After an appropriate reaction section 16, the pH difference zlpH between the two partial flows is measured with two pH measuring electrodes 17 and 18. The two partial flows 14 and 15 are then brought together again.
In Fig. 3, a section of a titration curve 19 shows that the measured pH value difference 4pH is approximately proportional to the slope of the titration curve 19 and thus the control system gain, which is determined by the tangent 20 at the operating point A.
gegeben ist. Durch die Titration mit den Titrationsmitteln 6 und 7 erfolgt in den Teilströmen 14 und 15 eine gegenläufige pH-Wert-Verschiebung zu den Punkten B und C. Die Sekante 21 durch B und C. hat näherungsweise die gleiche Steigung wie die Tangente 20. Bei konstanter Zugabe des Tetrationsmittels ist die pH-Wert-Differenz zlpH der Steigung der Sekante 21 proportional. Je geringer die Zugabe an Titrationsmittel ist, um so besser ist die Annäherung an die Steigung der Tangente 20. Der Differenzenquotient nähert sich dem entsprechenden Differentialquotienten, welcher der Tangentensteigung entspricht.given is. The titration with the titrants 6 and 7 results in a pH value shift in the opposite direction to the points B and C in the substreams 14 and 15. The secant 21 through B and C. has approximately the same slope as the tangent 20. At constant With the addition of the tetrating agent, the pH value difference zlpH is proportional to the slope of the secant 21. The smaller the addition of titrant, the better the approximation to the gradient of the tangent 20. The difference quotient approximates the corresponding differential quotient which corresponds to the tangent gradient.
In den Teilströmen 14 und 15 soll vorzugsweise jeweils das gleiche Titrationsmittel eingespeist werden, das auch für die eigentliche pH-Wert-Regelung benutzt wird. Dadurch werden Änderungen- in der Zusammensetzung des Titrationsmittels kompensiert. Zum Beispiel bedeutet ein verdünnteres Titrationskurve mit geringerer Steigung, also eine geringere Regelstreckenverstärkung. Wird im Meßfühler das gleiche verdünnte Titrationmittel benutzt, so ergibt sich eine kleinere pH-Wert-Differenz, es wird also auch die kleinere Regelstreckenverstärkung gemessen.The same titrant should preferably be fed into the substreams 14 and 15, which is also used for the actual pH value regulation. This causes changes in the composition of the titrant compensated. For example, a more dilute titration curve means a smaller one Slope, i.e. a lower control system gain. If the same is diluted in the probe If a titration agent is used, there will be a smaller difference in pH value, so it will also be the smaller one Controlled system gain measured.
Der erfindungsgemäße Meßfühler berücksichtigt zusätzlich den Einfluß der Strömungsmenge auf die Regelstreckenverstärkung. Eine geringere Strömungsmenge entspricht einer größeren Regelstreckenverstärkung. Bei einer geringeren Strömungsmenge erhält man im Meßfühler bei konstanten Mengenströmen an Titrationsmittel eine größere pH-Wert-Differenz, was einer größeren Regelstreckenverstärkung entspricht Eine besondere Störgrößenaufschaltung der Strömungsmenge auf die Reglerverstärkung entfällt somit.The sensor according to the invention also takes into account the influence of the flow rate on the Controlled system gain. A lower flow rate corresponds to a greater control system gain. If the flow rate is lower, the flow rate in the sensor is constant Titration agent has a larger pH value difference, which corresponds to a larger control system gain There is therefore no need for a special feed-forward of the flow rate to the controller gain.
Die Zugabe von Titrationsmittel kann auch nur in einem Teilstrom des Meßfühlers erfolgen, wobei man die Sekante 22 bzw. 23 erhält.The addition of titrant can also only take place in a partial flow of the sensor, whereby one the secant 22 or 23 receives.
Die Differenzmessung der pH-Werte in den beiden Teilströmen 14 und 15 erfolgt vorzugsweise mit zwei Glaselektroden 17 und 18, die gegeneinander geschaltet werden. Die Messung muß mit einem Differentialverstärker erfolgen, der zwei hochohmige Eingänge mit etwa 1012 Ohm Eingangswiderstand hat. Diese Verstärker lassen sich aus den handelsüblichen Verstärkern mit einem hochohmigen Eingang aufbauen. Eine solche Anordnung ist in der DE-AS 12 97 359 beschrieben.The differential measurement of the pH values in the two substreams 14 and 15 is preferably carried out with two glass electrodes 17 and 18, which are connected to one another. The measurement must be carried out with a differential amplifier that has two high-impedance inputs with an input resistance of around 10 12 ohms. These amplifiers can be built from commercially available amplifiers with a high-impedance input. Such an arrangement is described in DE-AS 12 97 359.
Die gewünschte günstige Ven>i?rkung der Regeleinrichtung erhält man aus der gemessenen Regelstreckenverstärkung nach den bekannten Optimierungsregeln. Für eine pH-Wert-Regelstrecke, die einer Regelstrecke höherer Ordnung mit Ausgleich entspricht, und für einen PI-Regler ergibt sich die günstige Verstärkung Vr der Regeleinrichtung zu:The desired cheap ven> i? The gain of the control device is obtained from the measured control system gain according to the known optimization rules. For a pH value controlled system, which corresponds to a higher-order controlled system with compensation, and for a PI controller, the favorable gain Vr of the control device results as:
Darin ist Vsdie Regelstreckenverstärkung im Arbeitspunkt, die Verzugszeit T11 und die Ausgleichszeit Tg sind zeitliche Parameter der Regelstrecke, ihr Quotient kann für eine gegebene Anordnung als konstant angesehen werden.V s is the controlled system gain at the operating point, the delay time T 11 and the compensation time T g are time parameters of the controlled system; their quotient can be viewed as constant for a given arrangement.
Die Verstärkung V5 der Regelstrecke liegt als Spannungssignal am Ausgang des Differentialverstärkers vor. Aus der oben angegebenen Optimierungsgleichung ergibt sich, daß die Verstärkung Vr der Regeleinrichtung umgekehrt proportional zur Regelstreckenverstärkung V5 eingestellt werden muß. Üblicherweise wird zu diesem Zweck die Reglerverstärkung durch Verändern eines Widerstandes eingestellt. Für die selbsttätige Steuerung ist jedoch die Verwendung von motorgetriebenen Einstellpotentiometern sehr aufwendig. In F i g. 4 werden daher zur Veränderung des Widerstandswertes fremdgeheizte temperaturabhängige Widerstände (Heißleiter und Kaltleiter) eingesetzt Diese Heißleiter oder Kaltleiter sind einfache, leicht erhältliche Bauelemente, die sicher zu handhaben sind. Die als Maß für die Regelstreckenver-Stärkung V1 am Ausgang des Differentialverstärkers 24 vorliegende Spannung U wird in einem weiteren Verstärker25 in einen eingeprägte Strom /»verwandelt Dieser Strom /W heizt ohne direkte galvanische Verbindung über einen Heizwiderstand 26 einen temperaturabhängigen Widerstand 27, der sich anstelle des EinsteHwiderstar.de· für die Reglerverstärkung befindet Da der Zusammenhang zwischen Heizstrom /« und dem Widerstand R des tremperaturabhängigen Widerstandes 27 nichtlinear ist muß die Kennlinie R = /(Zh) durch ein zusätzliches Netzwerk von passiven Widerständen annähernd linearisiert werden. Die Ansprechverzögerung fremdgeheizter temperaturabhängiger Widerstände liegt bei einigen Sekunden. Sie hat keinen nachteiligen Einfluß auf die Regelung, da sich die Regelstreckenverstärkung normalerweise viel langsamer ändertThe gain V 5 of the controlled system is present as a voltage signal at the output of the differential amplifier. The optimization equation given above shows that the gain Vr of the control device must be set inversely proportional to the controlled system gain V 5. For this purpose, the regulator gain is usually set by changing a resistor. For the automatic control, however, the use of motor-driven setting potentiometers is very complex. In Fig. 4, externally heated, temperature-dependent resistors (NTC thermistors and PTC thermistors) are therefore used to change the resistance value. These NTC thermistors are simple, easily available components that are safe to use. The voltage U present as a measure for the controlled system gain V 1 at the output of the differential amplifier 24 is converted in a further amplifier 25 into an impressed current / » instead of EinsteHwiderstar.de · for the controller gain. Since the relationship between the heating current / «and the resistance R of the temperature-dependent resistor 27 is non-linear, the characteristic R = / (Zh) must be approximately linearized by an additional network of passive resistors. The response delay of externally heated temperature-dependent resistors is a few seconds. It has no adverse effect on the regulation, since the controlled system gain normally changes much more slowly
Da die Verstärkung Vr der Regeleinrichtung von allen Übertragungsgliedern außerhalb der Regelstrecke abhängt kann der Meßfühler 8 nicht nur auf die Reglerverstärkung im engeren Sinne, sondern auch auf die Verstärkung anderer Regelkreisglieder, z. B. Stellglieder einwirken.Since the gain Vr of the control device depends on all transmission elements outside the controlled system, the sensor 8 can not only act on the control gain in the narrower sense, but also on the gain of other control loop elements, e.g. B. Actuators.
Ein Ausführungsbeispiel, bei dem die Regelstreckenverstärkung auf die Verstärkung des Stellgliedes einwirkt ist in F i g. 5 abgegeben. Bei diesem Beispiel erfolgt nur die Zugabe eines Titrationsmittels, die Schaltung für die Zugabe zweier Titrationsmittel baut sich jedoch sinngemäß auf. Der pH-Wert des Flüssigkeitsstromes 1 wird mit einer Elektrode 2 gemessen und der als Zweipunktregler ausgeführte Regler 3a gibt über ein Magnetventil 4 stoßweise das Titrationsmittel 6 zur Korrektur des pH-Wertes zu. Die zugegebene Menge an Titrationsmittel wird dabei durch die Öffnungszeit des Magnetventils 4 bestimmt und durch die maximale Durchflußmenge pro Zeiteinheit, welche die Verstärkung des Magnetventils festlegt Diese maximale Durchflußmenge und damit die Verstärkung des Magnetventils 4 wird durch ein vorgeschaltetes, motorgetriebenes Stellventil 28 bestimmt dessen Stellung kontinuierlich vom Meßfühler 8 für die Regelstreckenverstärkung über die Anpassung 10 gesteuert wird. Bei diesem Beispiel wird also die Verstärkung der Regeleinrichtung 3 über die Verstärkung des Magnetventils 4 verändert ohne daß ein Eingriff in die Geräte des eigentlichen Regelkreises erfolgen muß.An embodiment in which the controlled system gain acts on the gain of the actuator is shown in FIG. 5 submitted. In this example only one titrant is added, and the circuit for adding two titrants is built however, analogously. The pH of the liquid stream 1 is measured with an electrode 2 and the controller 3 a designed as a two-point controller supplies the titrant 6 intermittently via a solenoid valve 4 Correction of the pH value too. The amount of titrant added is determined by the opening time of the solenoid valve 4 and determined by the maximum flow rate per unit of time, which the gain of the solenoid valve defines this maximum flow rate and thus the amplification of the Solenoid valve 4 is determined by an upstream, motor-driven control valve 28 thereof Continuous position of the sensor 8 for the controlled system gain via the adaptation 10 is controlled. In this example, the gain of the control device 3 is greater than the gain of the solenoid valve 4 changed without intervening in the devices of the actual control loop must be done.
Die Ausführung des Meßfühlers 8 für die Regelstrekkenverstärkung richtet sich nach den genormten Abmessungen der Olaselektroden 17 und 18. Davon ausgehend kann man für die Teilrohre 12 und 13 z. B. einen inneren Durchmesser von etwa 40 mm wählen. Die Länge der Reaktionsstrecke 16 kann dann etwa 400 mm betragen. Die Strömungsgeschwindigkeit in den Teilrohren 12 und 13 muß größer als 6 cm/sec, sein, damit turbulente Strömung vorhanden ist und eine gute Durchmischung erreicht wird. Der zu erwartende Druckabfall liegt bei einigen mm WS. Der Meßfühler wird zweckmäßigerweise aus Kunststoff gefertigtThe design of the sensor 8 for the controlled system gain depends on the standardized dimensions of the Olas electrodes 17 and 18 starting from one can for the partial tubes 12 and 13 z. B. choose an inner diameter of about 40 mm. The length of the reaction path 16 can then be approximately 400 mm. The flow velocity in the partial pipes 12 and 13 must be greater than 6 cm / sec, so that there is a turbulent flow and a good one Mixing is achieved. The pressure drop to be expected is a few mm WS. The probe is expediently made of plastic
Hierzu 5 Blatt ZeichnungenIn addition 5 sheets of drawings
Claims (7)
Priority Applications (1)
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| DE19712128944 DE2128944C3 (en) | 1971-06-11 | 1971-06-11 | Method and device for continuous regulation of the pH value |
Applications Claiming Priority (1)
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| DE19712128944 DE2128944C3 (en) | 1971-06-11 | 1971-06-11 | Method and device for continuous regulation of the pH value |
Publications (3)
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|---|---|
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| DE2128944C3 true DE2128944C3 (en) | 1980-12-04 |
Family
ID=5810453
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE19712128944 Expired DE2128944C3 (en) | 1971-06-11 | 1971-06-11 | Method and device for continuous regulation of the pH value |
Country Status (1)
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| DE (1) | DE2128944C3 (en) |
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| US5247957A (en) * | 1991-10-24 | 1993-09-28 | H. B. Fuller Company | Modular lubrication multiple concentration control apparatus |
| DE4403682C2 (en) * | 1994-02-07 | 1997-05-22 | Abb Patent Gmbh | Procedure for adjusting the pH value of the drinking water in a drinking water treatment plant |
| DE10012810A1 (en) | 2000-03-16 | 2001-09-27 | Rexroth Star Gmbh | Rolling body screw drive has at least one re-orientation element fastened to threaded nut encompassing threaded spindle by means of fixing pins extending parallel to spindle's longitudinal axis |
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-
1971
- 1971-06-11 DE DE19712128944 patent/DE2128944C3/en not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE2128944B2 (en) | 1980-04-03 |
| DE2128944A1 (en) | 1972-12-21 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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